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10. 막간 : 메모리 관리 API 10.1 메모리 공간의 종류 C 프로그램이 실행되면, 두 가지 유형의 메모리 공간이 할당된다. 첫번째는 스택(Stack) 메모리라고 불리며 할당과 반환은 프로그래머를 위해 컴파일러에 의해 암묵적으로 이루어진다. 이러한 이유 때문에 때로는 자동 C automatic() 메모리라고 불린다. 함수를 선언하면 C프로그램에서 스택에 메모리를 할당한다. 함수에서 리턴하면 컴파일러는 프로그래머 대신에 메모리를 반환한다. 함수 리턴 이후에도 유지되어야 하는 정보는 스택에 저장하지 않는 것이 좋다. 오랫동안 값이 유지되어야 하는 변수를 위해 힙(heap) 메모리라고 불리는 두 번째 유형의 메모리가 필요하다. 모든 할당과 반환이 프로그래머에 의해 명시적으로 처리된다. void func(..

9. 주소공간의 개념 9.1 초기 시스템 운영체제는 메모리에 상주하는 루틴의 집합이었다. 물리메모리에 하나의 실행중인 프로그램(프로세스)이 존재하였고 나머지 메모리를 사용하였다. 9.2 멀티프로그래밍과 시분할 여러 프로세스가 실행준비 상태에 있고 운영체제는 그들을 전환하면서 실행하였다. 이런 전환은 CPU 이용률을 증가시켰다. 당시에는 이런 효율성의 개선이 중요했다. 많은 사람들이 일괄처리 방식 컴퓨팅의 한계를 인식하였다. 많은 사용자가 동시에 컴퓨터를 사용하고 현재 실행 중인 작업으로부터 즉시 응답을 원하기 때문에 대화식 이용(interactivity)의 개념이 중요하게 되었다. 시분할을 구현하는 한 가지 방법은 하나의 프로세스를 짧은 시간동안 실행시키는 것이다. 해당 기간 동안 프로세스에게 모든 메모..

운영체제 멀티 프로세서 스케줄링(Multi Processor Scheduling) 8.1 배경 : 멀티프로세서 구조 단일 CPU 시스템에는 하드웨어 캐시 계층이 존재한다. 캐시는 지역성(locality)에 기반한다. 지역성에는 시간지역성(temporal locality)과 공간지역성(spartial locality)의 두 종류가 있다. 시간적 지역성의 기본아이디어는 데이터가 한번 접근되면 가까운 미래에 다시 접근되기 쉽다는 것이다. 멀티프로세서 시스템에서 캐시를 사용하는 것은 훨씬 더 복잡하다. 캐시일관성(cache coherence) 문제가 생길 수 있다. 기본적인 해결책은 하드웨어에 의해 제공된다. 하드웨어는 메모리 주소를 계속 감시하고 항상 ‘올바른’ 순서로 처리되도록 시스템을 관리한다. 특히, 여..

7. 스케줄링 : 비례 배분 (Proportional Share) 스케줄러, 공정 배분(fair share) 스케줄러 반환 시간이나 응답시간을 최적화 하는 대신 스케줄러가 각 작업에게 CPU의 일정 비율을 보장하는 것이 목적이다. 비례 배분 스케줄링의 좋은예로 추첨 스케줄링(lottery scheduling)이 있다. 기본 아이디어는 다음 실행될 프로세스를 추첨을 통해 결정하고 더 자주 수행되어야 할 프로세스는 당첨기회를 더 많이 주는 것이다. 7.1 기본 개념 : 추첨권이 당신의 지분이다. 추첨권(티켓)이라는 기본적인 개념이 추첨 스케줄링의 근간을 이룬다. 추첨권은 경품권의 개념과 유사하다. 추첨권은 특정 자원에 대한 프로세스에게(또는 사용자 또는 그 무엇이든) 할당될 몫(지분)을 나타낸다. 프로세스가..

6. 스케줄링 : 멀티 레벨 피드백 큐(MLFQ : Multi-Level Feedback Queue) 멀티 레벨 피드백 큐 스케줄러는 Compatible Time-Sharing System(CTSS)에 사용된다. MLFQ가 해결하려고 하는 기본적인 문제는 두 가지이다. 첫째, 짧은 작업을 먼저 실행시켜 반환시간을 최적화 하고자 한다. 둘째, 응답 시간을 최적화한다. 6.1 MLFQ : 기본 규칙 MLFQ는 여러 개의 큐로 구성되며, 각각 다른 우선 순위(Priority level)가 배정된다. 실행준비가 된 프로세스는 이 중 하나의 큐에 존재한다. MLFQ는 실행할 프로세스를 결정하기 위하여 우선순위를 사용한다. 높은 우선 순위를 가진 작업이 선택된다. 큐에 둘 이상의 작업이 존재 할 수 있다. 이들은 ..

5. 스케줄링 : 개요 5.1 워크로드에 대한 가정 프로세스가 동작하는 일련의 행위를 워크로드(Work load)라 한다. 워크로드에 대한 이해도가 높을수록 그에 최적화된 스케줄링 정책을 정교하게 개발할 수 있다. 우리는 시스템에서 실행 중인 프로세스 혹은 작업(job)에 대해 다음과 같은 가정을 한다 모든 작업은 같은 시간동안 실행된다. 모든 작업은 동시에 도착한다. 작업은 일단 시작하면 최종적으로 종료될 때 까지 실행된다. 모든 작업은 CPU만 사용한다.(즉, 입출력을 수행하지 않는다.) 각 작업의 실행시간은 사전에 알려져 있다. 5.2 스케줄링 평가 항목 스케줄링 정책의 평가를 위해 스케줄링 평가항목(Scheduling metric)을 결정해야 한다. 반환시간은 (turnaround time) 작업..

3. 제한적 직접 실행 원리(Limited Direct Execution) CPU를 가상화하기 위해서 운영체제는 여러 작업들이 동시에 실행되는 것처럼 보이도록 물리적인 CPU를 공유한다. 이러한 가상화 기법을 구현하기 위해서는 두 가지 문제를 해결해야 한다. 성능저하 제어문제 제어권을 유지하면서 성능 저하가 없도록 하는 것이 운영체제를 구축하는데 핵심적인 도전 과제이다. 3.1 기본원리 : 제한적 직접 실행 운영체제 개발자들은 프로그램을 빠르게 실행하기 위하여 제한적 직접 실행이라는 기법을 개발했다. 운영체제가 프로그램을 실행하기 시작할 때 프로세스 목록에 해당 프로세스 항목을 만들고 메모리를 할당하면 프로그램 코드를 디스크에서 탑재하고 진입점을 찾아 그 지점으로 분기하여 사용자 코드를 실행하기 시작한다..

3. 프로세스 API 3.1 fork() 시스템콜 프로세스 생성에 fork() 시스템 콜이 사용된다. 자식 프로세스는 부모 프로세스와 완전히 동일하지는 않다. 자식 프로세스는 자신의 주소공간, 레지스터, PC값을 갖는다 매우 중요한 차이점이 있다. fork() t시스템콜의 반환값이 서로 다르다. fork()로 부터 부모 프로세스는 생성된 자식 프로세스의 PID를 반환 받고, 자식 프로세스는 0을 반환 받는다. CPU 스케줄러는 실행할 프로세스를 선택한다. 3.2 wait() 시스템콜 wait() 시스템콜은 자식 프로세스 종료 시점까지 자신의 실행을 잠시 중지 시킨다. 3.3 exec() 시스템콜 자기 자신이 아닌 다른 프로그램을 실행해야 할 때 사용한다. 실행파일의 이름과 약간의 인자가 주어지면 해당 실..

2. 프로세스 프로세스는 실행 중인 프로그램으로 정의한다. 운영체제는 CPU를 가상화시켜 환상을 만들어 낸다. 시분할(time sharing)이라고 불리는 이 기법은 원하는 수 만큼 프로세스를 동시에 실행 할 수 있게 한다. 시분할 기법은 CPU를 공유하기 때문에 각 프로세스의 성능은 낮아진다. 운영체제의 지능은 정책(Policy)의 형태로 표현된다. 정책이란 운영체제에서 어떤 결정을 내리는데 사용되는 알고리즘이다. 다수의 실행 가능한 프로그램이 있을 때 운영체제의 스케줄링 정책(Scheduling Policy)이 이러한 결정을 내린다. 2.1 프로세스의 개념 운영체제는 실행 중인 프로그램의 개념을 제공하는데, 이를 프로세스라 한다. 프로세스의 구성요소를 이해하기 위해 하드웨어 상태(machine sta..

운영체제 운영체제 개요 프로그램은 매우 단순한 일을 한다. 명령어를 반입(fetch)하고, 해석(decode)하고, 실행(execute) 한다. 명령어 작업을 완료한 후, 프로세서는 다음 명령어로 또 그 다음 명령어로 프로그램이 완전히 종료될 때까지 실행을 계속한다. 운영체제는 가상화(virtualization)라고 불리는 기법을 사용한다. 운영체제는 프로세서, 메모리, 또는 디스크와 같은 물리적인 자원을 이용해서 일반적이고, 강력하고, 사용이 편리한 가상형태의 자원을 생성한다. 때문에 운영체제를 가상머신(virtual machine) 이라고 한다. 사용자 프로그램의 프로그램 실행, 메모리 할당, 파일접근과 같은 가상머신과 관련된 기능들을 운영체제에게 요청할 수 있도록, 운영체제는 사용자에게 API를 제..